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陈林恒:攻坚克难 打造海洋耐蚀钢铁的中流砥柱

2018-10-19 15:22:48
作者:殷鹏飞
来源:中国腐蚀与防护网

为了探秘南钢如何在日益激烈的市场竞争中做大做强,全面了解其在海洋耐蚀钢领域的研发进展,近日,记者采访了南钢研究院陈林恒副院长。

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    南京素有“千古龙蟠并虎踞、六朝古都”的美誉,不仅风景秀丽、景色宜人,也是中华文明的重要发祥地之一。南京钢铁集团有限公司(以下简称“南钢”)就坐落于此。1958 年,南钢的前身南京钢铁厂成立,作为国务院批准建设的中国冶金行业18 家地方骨干企业之一,自诞生之日起就肩负着支援国家基础建设,保障地区经济发展的重任。经过六十年不断发展,南钢已从一个年产10 万吨的地区小钢厂发展成如今千万吨级的全国精品特种钢生产研发基地,在新中国建设的画卷上留下了浓墨重彩的一笔。


    为了探秘南钢如何在日益激烈的市场竞争中做大做强,全面了解其在海洋耐蚀钢领域的研发进展,近日,记者采访了南钢研究院陈林恒副院长。


    成功无捷径 唯有肯攀登

 

    谈及南钢这一路的发展历程,陈院长成竹在胸 :


    一个企业要做大、做强,首先要坚持不懈,砥砺前行。不管市场风云如何变幻,南钢人始终牢记使命,不忘初心,以满足国家发展需要为己任,以服务社会发展需求为导向。2015 年出版的《中国制造2025:重点领域技术路线图》中,明确将新材料产业等10 大领域以及23 个重点发展方向作为国家未来发展的主要着力点。而去年工信部刊发的《新材料产业发展指南》将先进基础材料、关键战略材料和前沿新材料作为我国“十三五”期间新材料产业三大发展方向。为此,南钢确立了“一体三元五驱动”的战略体系,构建钢铁与新产业“双主业”发展格局,现已形成绿色产业、智慧产业、互联网+ 平台和新材料等多个投资平台。目前,南钢领跑行业的复合钢板技术和服务能力,在海洋耐蚀钢领域已经承载起“大国重器”领域钢铁新材料进化的使命和责任。


    其次要善于调整,适应环境。南钢始建于1958 年,是江苏省兴建最早的钢铁联合企业、国家特大型工业企业。 于1996 年完成公司制改造,由南京钢铁厂改为南京钢铁集团有限公司。1999年3 月,南钢集团公司以部分钢铁主业资产投入发起设立了南京钢铁股份有限公司。2000 年9 月19 日,公司在上海证券交易所上市(600282),控股股东为南钢集团公司;2003 年4 月,南钢集团公司进行三联动改革,以资产出资与上海复星集团合资成立南京钢铁联合有限公司,公司控股股东变更为南京钢铁联合有限公司;2010 年10 月,经中国证监会批准,公司完成重大资产重组,南钢钢铁主业实现整体上市,控股股东变更为南京南钢钢铁联合有限公司。我们可以看到,南钢在长期以来与市场的不断的碰撞过程中,是主动去改变自身,适应市场和社会的需要,激发公司员工的潜能和工作热情,使企业不断保持活力。

 

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科研实验楼


    除了体制上的不断革新之外,南钢的发展还跟自身的技术创新密不可分:


    企业竞争力的核心即是自主创新能力,科学技术的发展使产品的更新周期越来越短,企业要拥有持续发展的动力,就必须不断地进行新产品的研发和技术的更新。2011 年3 月正式成立的南钢研究院,旨在使南钢成为钢铁行业转型发展的引领者,实现“创建国际一流受尊重的企业智慧生命体”的愿景。


    作为南钢的一级研发部门,南钢研究院重点在于共性、基础性、全局性、前瞻性工艺技术研究,在于钢铁新材料、新技术、新领域的探索性研究开发,在于特种材料的产销研用一体化,在于用户技术研究需求等。


    通过整合和嫁接公司内外部资源,实现了研发层级合理分工,研究资源科学配置,充分调动了科技人员创新的积极性。成立七年来,已从最早的三所一室发展到六所一室,并倾力打造了南钢“2+3+4”高端研发平台。即2 个国际级研发平台:南钢- 英国研究院、南钢与日本冶金合作成立南钢日帮;3 个国家级研发平台:博士后科研工作站、国家认可实验室、国家材料环境腐蚀平台南京大气站;4 个省级研发平台:江苏省企业院士工作站、江苏省高端材料重点实验室、江苏省船舶用钢工程技术研究中心、江苏省企业技术中心。


    南钢目前已经拥有从矿石采选、炼焦、烧结、炼铁、炼钢到轧钢的完整生产工艺流程。经过近年来连续不断的投入,公司所有工艺装备均已完成了大型化、现代化改造,全面实现了提档升级,具备年1000 万吨粗钢的生产能力。


    本部目前已形成板材和长材两大生产体系以及与其配套的炼铁和炼钢系统。


    其中,板材生产体系主要装备有一条5,000mm 宽厚板生产线、一条3,500mm宽中厚板(卷)生产线和一条2,800mm中板生产线;长材生产体系主要装备有一条高速线材、一条带钢和4 条棒材生产线。此外,公司下属子公司-- 安徽金安矿业目前具备100 万吨精矿粉的年生产能力;另一下属子公司-- 宿迁金鑫轧钢还拥有两条年生产能力达40 万吨的异型钢生产线。公司所有生产线均通过ISO9000 质量体系认证,主要产品均荣获全国冶金产品实物质量“金杯奖”或“江苏名牌产品”称号。


    急国之所需 破耐蚀难题

 

    海洋耐蚀钢主要指应用于潮流发电、海水发电、海滨大型跨海桥梁、海洋平台、海底油气管线和大型跨海桥梁等领域的一类低合金高强度钢,在海洋开发和利用领域应用量大、涉及面广,在海洋资源的开发和利用过程中,钢材扮演着不可或缺的角色。


    与陆地油气开采相比,海洋环境洋流剧烈、海温和压力随深度变化大、海底岩层结构与陆地井迥异。海洋油气中H2S、CO2 和Cl- 等的含量普遍较高,海底微生物种类复杂,化学腐蚀和微生物腐蚀能力都很强。因此,海洋油气开采平台用特殊钢材料如不锈钢、耐蚀合金等普遍要求高耐蚀、高强高韧和高耐磨等性能特点。随着我国“一带一路”事业的不断拓展,我国对海洋耐蚀钢铁的标准和要求也在不断提高,而国外的同类产品又要价高昂。为此,以陈院长为代表的南钢研究院全体员工日夜奋战、废寝忘食,只为生产出符合实际需要,满足国家要求的高性能海洋耐蚀钢。


    海洋耐蚀钢的开发,基础研究是关键。为此,研究院于2012 年抽调精干力量专门成立了的腐蚀研究室,经过多年的努力,已日渐成为腐蚀试验检测、腐蚀理论基础研究、防腐控制技术研究、耐腐蚀产品开发为一体的综合性研究室。2017 年,其大气暴露试验站通过国家材料环境腐蚀平台的认证,成为国家级大气腐蚀暴露站。腐蚀研究室拥有先进的实验和检测设备,主要设备有Q-FOG 盐雾箱、浪花飞溅带腐蚀试验箱、周期浸润试验箱、VSP 电化学工作站、微机控制慢拉伸试验机、微量气体发生器等。实验室开展的检测项目分五类:一是在实验室内模拟开展多种材料在海洋环境下的海水全浸区、潮差区、飞溅区的腐蚀模拟加速试验和模拟在大气环境中的腐蚀加速实验,适用于快速评价耐候钢,船板,海工板等材料的腐蚀性能。二是材料电化学性能测试,包括材料的自然腐蚀电位、极化曲线和交流阻抗的测试。三是应力腐蚀性能检测,可测材料在不同的腐蚀介质中,慢应变速率下的应力腐蚀。四是晶间腐蚀性能检测,可测得不同的试验标准下,不锈钢及合金材料的耐晶间腐蚀性能。五是大气暴露试验,在大气暴露站进行若干试验周期的暴露腐蚀试验。另外,研究室自成立以来就开展了大量实物挂片试验,建立了自然暴露腐蚀数据库,数据库涉及耐候钢、桥梁钢、风塔钢、海洋工程用钢等20 多个钢种,涵盖了Ni 系、Cr 系、Ti 系、Al 系、Si 系等耐蚀元素系列及组合。


    与此同时,针对海洋环境和用户需求,南钢采用“产学研用”一体化研发思路,并与国家腐蚀与防护学会深度合作,利用平台大数据,先后开发了原油船货油舱用耐蚀钢、滨海免涂装用耐蚀钢、海洋坏境用耐蚀钢筋等三大系列27个耐蚀钢。同时耐蚀钢控制技术成功应用于船舶、海洋平台等常规钢,潜在提高了普通海洋用钢的用户使用性能,提高了产品销量和品牌度。


    由南京钢铁股份有限公司与北京科技大学新材料院李晓刚教授团队合作的“新型系列耐腐蚀结构钢开发关键技术创新及产业化”项目,获得了江苏省科技进步一等奖。项目提出了腐蚀初期锈层结构是决定钢铁耐蚀性能的关键因素新理论;在国际上原创性提出了微纳米尺度组织调控技术;首次发现了在高湿高盐滨海环境富电子锈层对氯离子的排斥作用机理;形成了夹杂物控制、板型控制及耐酸性能评价等关键生产工艺控制技术;形成了海洋环境耐蚀合金化控制、氧化铁皮控制及焊接组织控制关键工艺技术。研发的新产品已应用在跨海大桥、滨海建筑、海底隧道等国家重点项目工程,部分钢种成功出口。


    敢直面挑战 与世界争先

 

    随着海上物资运输量的不断增加,为追求更高的船舶运输效率,集装箱船向大型化和超大型化发展。21000TEU 型号的超大型集装箱船也已经正式下水,超大型集装箱船的建造及运行给市场、建造、环保、港口建设等方面都带来了巨大的机遇与挑战。其中,一个重要的挑战就是超大型集装箱船建造用材料的选择。集装箱船的大型化恶化了船体结构的受力状态,使具有大开口特性的集装箱船不仅存在纵向弯曲,还存在较大的扭转变形,使得其结构处于复杂的受力状态,增加了结构安全的风险。因此,要求船体结构必须具有较高的强度和刚度。在满足超大型集装箱船体结构强度和刚度需求的同时,高强钢超厚板的使用也给船体结构的安全可靠性带来了隐患:高强钢的屈强比通常较高,以屈服强度作为设计基础,会使结构的安全裕度下降;板厚规格的增大,会导致由焊缝初始缺陷存在几率的增大,更为重要的是会使构件的应力状态从平面应力状态转变为平面应变状态,从而导致船体结构发生低应力脆性断裂的几率大大增加,而脆性断裂又是对船体结构安全可靠性威胁程度最大的破坏形式,会直接导致船体的解体。因此,必须采取相应的防脆断措施以保证超大型集装箱船体结构的安全可靠性。为保证船体结构的安全可靠,防止脆性断裂破坏的发生,需要基体钢板具有足够的止裂性能,为超大型集装箱船的设计和建造提供技术支撑。


    集装箱船用止裂钢在国内仅某钢厂有供货业绩。南钢于2018 年2 月7 日承接第一笔止裂钢订单,且用户要求3 月底就要交货。在批量生产前还要通过船级社认证的小试样替代试验,过去国内的一家生产厂家在做这个替代试验时,得到船级社确认的时间接近半年。陈院长团队面临了一道看起来不可能逾越的坎。


    然而课题组并没有因此而畏缩不前,而是勇敢地迎难而上,在接到中标消息的时候,第一时间组织相关部门召开生产协调会,对试制、认证、炼钢、连铸、轧钢、精整、检验等各环节进行了部署。课题组制订了各工艺环节的控制要点和时间节点,并与生产厂进行了技术对接。2 月14 日生产处炼钢,这一天是腊月二十九,距离春节只有两天,课题组在短短四天时间内就开展了两轮试制,并确定了认证送样时间,初八试样送到了洛阳725 所。课题组的同志们又开始转移到洛阳去跟踪试验,检验室的同志们热线联系船级社的验船师一同进行现场见证试验。最重要的宽板拉伸止裂试验顺利通过见证,在3 月10 日试验报告送到了船级社,3 月20日船级社确认函发到了南钢。据了解,这次的船级社见证替代试验在国际同类见证活动中是最快速的,创造了一个世界速度。那道看起来不可逾越的坎就此迈过。


    任重而道远 吾辈仍需努力

 

    陈院长坦言,国外对耐海洋环境腐蚀用钢的研究始于20 世纪30 年代,其中以美国和日本等国家为代表。而我国对该领域的研究起步相对较晚,目前在以下几个方面存在着差距:


    ①数据积累不足。耐腐蚀钢最终需实际服役环境挂片评价验证,由于我国研究相对较晚,其次由于我国海岸线长,南北海域环境差异大,因此需进行大量的实验来积累数据。


    ②机理研究不够深入。目前我们研究大部分集中在合金元素对钢材耐蚀性的影响,其他方面研究教少,而且缺乏对焊缝焊材的耐蚀性问题研究,由于接头各部分在成分和组织上的不均匀性、残余应力以及应力集中等因素的影响,使得接头的耐蚀性往往低于母材,而在整个焊接接头中焊缝是耐腐蚀性最差的部位。


    ③推广应用未成体系。我国已研发出了很多海洋耐蚀钢,少量钢种已开始推广验证阶段,而大部分钢种还未得到批量推广应用。


    但他同时也乐观地表示,看好国内目前在耐蚀钢领域的研究发展势头,国家也在大力支持该领域的研究,吾辈一定竭尽全力,争取“弯道超车”。为此,他也提出了两点自己的意见的建议:


    首先希望国家政策引导支持,造船、海工、钢铁、航运等企业以及高校科研院所紧密协同与合作。在国家层面制定海洋耐蚀钢的科技发展规划,加大研发投入,从而加强机理方面的研究和数据方面的积累。


    其次联合用户、设计院成立应用推广团队,研发开始就要考虑标准和设计规范方面的建立,从而加强耐蚀钢的应用推广。


    打造南钢特色 实现持续发展

 

    陈院长表示,国家《全国海洋经济发展“十三五”规划》提出要优化海洋经济发展布局、推进海洋结构化升级、向深远海空间拓展。这势必对我们钢铁材料将提出更高的要求,因此大力发展高性能钢铁材料迫在眉睫。结合公司“一体三元五驱动”发展战略为导向,按照科技引领、创新驱动发展模式,围绕研究院作为公司一级研发机构的定位开展研发工作,着力打造具有南钢特色的高水平企业研发机构,为公司核心竞争力不断提升做出新的贡献。以产品结构优化、打造差异化竞争力为研发重点,以原创新和系统创新为支撑,不断提高产品品质,降低生产成本。立足市场和现场,以解决用户和现场生产痛点为着力点,在做好现有品种大类的延续研发、提档升级以及市场推广的基础上,开展部分前沿产品及工艺技术研究,以产品质量要求促进工艺进步、以工艺进步带动产品质量提升,加强产品、工艺和用户技术的协同研究,为用户提供设计、选材、用材等一揽子解决方案,达到提升用户体验价值的目的。重点从以下三个方面开展工作:


    ①高质量钢材炼钢技术研究及应用

 

    随着钢材使用环境越来越苛刻,用户对钢材的冶金质量要求也越来越高。


    近些年来钢水洁净度、夹杂物和铸坯偏析疏松这些受炼钢水平制约的冶金质量问题受到了广泛关注,也是中厚板和特钢产品用户、研发人员和现场生产技术人员不得不面对的瓶颈问题。日本山阳制钢、大同制钢及爱知钢厂等企业在特钢领域夹杂物稳定控制和T.O 水平控制方面远远领先,而德国、瑞典等传统特钢企业在夹杂物质量稳定控制上有独到之处。这些企业的研发和生产经验表明,夹杂物研究是个系统工程,仅仅从工艺角度来研究,其控制效果往往不够理想,而且难度很大。用户对夹杂物要求的日益严格都将是大势所趋,在考虑钢材疲劳性能、内部质量及表面质量及耐蚀性等方面无法避开夹杂物控制,而在大线能量、含硫易切削钢等方面更是需要高超的夹杂物控制利用技术和工艺。


    ②用户关键使用技术研究

 

    目前钢铁企业生产的产品品质相差很小,产品同质化现象非常严重,市场营销层面的主要表现为价格竞争,售后服务手段单一,很少有企业能够推出差异化的服务策略,与用户的技术支持交流还非常有限,售后服务多数表现为质量异议的处理等简单的服务,很少有钢厂针对用户的不同推出个性化的服务、服务质量有待于进一步提高。南钢目前仍然处于市场导向阶段,下一步应逐步向用户导向阶段过渡。随着行业的不断发展,用户需要钢厂提供更多的技术服务和支持。双方间技术上的交流合作更加紧密。围绕南钢重点产品、重点客户所关注的关键核心技术突破,重点攻关高性能材料、高附加值产品的制造加工中等关键技术与工艺;在高端装备制造领域,重点攻关产业化关键技术、高效高速加工关键技术、深海资源钻采设备制造关键技术、轨道交通新材料制造技术、关键基础零部件核心技术等;持续提升南钢重点产品的核心竞争力。加大技术创新力度,促进产业核心竞争力。


    ③高技术船舶及海洋工程用钢

 

    随着国家《中国制造2025》和《海洋工程装备制造业中长期发展规划》实施、国家南海战略的逐步实施,海洋工程装备和高技术船舶领域将大力发展深海探测、资源开发利用、海上作业保障装备及其关键系统和专用设备;推动深海空间站、大型浮式结构物的开发和工程化,必然使海洋工程用钢及高技术船舶用钢朝着更高级别、更大厚度方向发展,必然对钢板的焊接性能等使用性能有更高的要求。海洋工程装备及高技术船舶作为高端装备制造的一部分,已成为国家的战略性新兴产业,而研究院积极响应南钢“打造以船板、海洋工程用钢、船用型材为主导的国内质量最优、配套最全的船用产品制造基地”目标,力争在3~5 年内实现海洋工程装备和高技术船舶用钢钢种、规格、质量等级全覆盖,并解决用户在使用过程中出现的焊接、加工成型、火工等一揽子使用性能的问题,联合销售部门加强推广力度,市场占有率≥ 20%。


    后记:


    栉风沐雨六十年,南钢已经从世界钢铁之林中的一株幼苗逐渐成长为了参天大树。发愤图强,百炼成钢。让我们一起期待南钢更辉煌的明天!


    人物简介

 

    陈林恒,工学博士,高级工程师,南京钢铁股份有限公司研究院副院长,国家材料环境腐蚀平台南京大气站副站长,南钢品种研发创新团队负责人。主要从事先进钢铁材料的制备、腐蚀与防护技术开发等方面的研究,先后参加了国家“863”重点攻关项目,国家“973”计划项目,国家重点研发计划项目、江苏省科技成果转化项目等多个国家级和省级项目。公开发表科研学术论文20 余篇,授权发明专利10 余项,获冶金科学技术奖一等奖2 项等。

 

 

 

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责任编辑:王元 

 


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标签: 南钢研究院, 陈林恒, 耐蚀钢

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